CN109109633A - 一种弹性缓冲车门装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹性缓冲车门装置，包括：车门壳体，其包括车门外壳体和车门内壳体，所述车门内壳体外侧设置有多个气道；空气压缩机，其设置在汽车底盘，并且其输出口与所述气道连通；多个螺旋弹簧，其两端分别固连所述车门外壳体的内侧和所述车门内壳体的外侧；多个空气弹簧，其一端固连所述车门外壳体内侧，另一端固连所述车门内壳体外侧；所述空气弹簧与所述螺旋弹簧平行设置；所述空气弹簧还包括：主气室，其一端固连所述车门外壳体；上气室，其设置在所述主气室一侧；下气室，其设置在所述主气室另一侧；气阀控制器，其一端连通所述气道，另一端连通所述主气室另一端以及所述上气室和所述下气室的一端。

Description

一种弹性缓冲车门装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及汽车车门技术领域，尤其涉及一种弹性缓冲车门装置及其控制方法。
背景技术
随着中国汽车保有量的迅速增长，因交通事故造成人员伤亡也日益增多，相应产生多种安全防护措施。市场上现有的全防护装置可以有效减少交通事故的发生，但是也存在一些问题，其一，大多数车辆的防护装置安装在车头前部，而车身两侧车门是汽车上的薄弱环节，此处发生事故安全距离很小；其二，对会车和超车的车辆行驶状态没有预先判断，以至于发生横向撞击时没有很好的保护措施；其三，夜间行车时车身的位置很不容易被察觉，从而造成安全隐患；其四，对于将发生侧翻的汽车不能预先判断，做好安全防护措施。一些已经设计出来的汽车车门安全防护措施不能很好的解决以上提到的问题，为了有效降低车门处发生事故风险，提前对事故进行预判，并能所以提出一种具有主动防撞功能和防侧翻的智能弹性缓冲车门装置。
发明内容
本发明为解决目前的技术不足之处，提供了一种弹性缓冲车门装置，利用空气弹簧内气室的空气量控制实现可弹出车门外板高度、刚度的改变，在车辆发生危险时到保护作用。
本发明还提供了一种弹性缓冲车门装置的控制方法，能够根据具体的车况来对弹簧进行调节，以改变车门外壳体的高度和刚度，降低事故风险；
本发明还通过调控空气弹簧的进气流量和配比来调节汽车刚度，防止车辆侧翻。
本发明提供的技术方案为：一种弹性缓冲车门装置，包括：
车门壳体，其包括车门外壳体和车门内壳体，所述车门内壳体外侧设置有多个气道；
空气压缩机，其设置在汽车底盘，并且其输出口与所述气道连通；
多个螺旋弹簧，其两端分别固连所述车门外壳体的内侧和所述车门内壳体的外侧；
多个空气弹簧，其一端固连所述车门外壳体内侧，另一端固连所述车门内壳体外侧；所述空气弹簧与所述螺旋弹簧平行设置；
所述空气弹簧还包括：
主气室，其一端固连所述车门外壳体；
上气室，其设置在所述主气室上方；
下气室，其设置在所述主气室下方；
气阀控制器，其一端连通所述气道，另一端连通所述主气室另一端以及所述上气室和所述下气室的一端；并且所述气阀控制器能够控制所述主气室、下气室、上气室的气体进出量。
优选的是，还包括：
进气电磁阀，其连通所述气道与所述气阀控制器；
排气电磁阀，其连通所述气道与所述气阀控制器。
优选的是，所述车门外壳体内侧和所述车门内壳体外侧设置有多对支撑环；
所述支撑环固连所述螺旋弹簧和所述空气弹簧。
优选的是，还包括：
固定卡钳，其设置在所述空气弹簧外侧。
优选的是，所述螺旋弹簧与所述空气弹簧间隔交替设置。
优选的是，还包括：
雷达，其设置在汽车车身处；
光敏传感器，其设置在汽车车身；
LED光带，其设置在汽车车身；
角度传感器，其设置在汽车车身，用于测量车身两侧与地面夹角；
控制模块，其设置在汽车内，连接所述雷达、所述光敏传感器、所述LED光带、所述气阀控制器、所述进气电磁阀、所述排气电磁阀、所述空气压缩机，所述角度传感器。
一种弹性缓冲车门装置的控制方法，包括：
实时检测汽车与最近障碍物的相对距离S、相对速度ΔV，以及汽车两侧与地面的最小夹角θ；
当S≤30且ΔV≥25km/h或θ≤80时，启动螺旋弹簧，并向空气弹簧内充气。
优选的是，通过控制空气压缩机的流量来控制向空气弹簧内充气的充气流量，空气压缩机的流量满足：
其中，λ是修正系数，C是空气气囊的容积，ρ是空气密度，取值1.185kg/m3，d0是气道直径，V是汽车车速，g是重力加速度。
优选的是，
当汽车向左倾斜时，气阀控制器控制分别进入上气室、中气室和下气室的流量分配比满足：
当汽车向右倾斜时，气阀控制器控制分别进入上气室、中气室和下气室的流量分配比满足：
优选的是，还包括：
当S≥50时，LED光带绿灯闪烁；
当S＜50时，LED光带红灯闪烁
本发明所述的有益效果：提供一种智能弹性缓冲车门装置，利用空气弹簧反应快的特点实现可弹出车门外板高度、刚度及相对地面角度灵敏变化，同时实现减震降噪，根据车辆的车速、当前环境智能合理地调节弹簧车门缩放模块的高度、刚度及相对地面角度，同时能够在车辆发生将要侧翻时给予支撑，使车辆回正或保证一定的逃生空间；采用LED光带，能够在视野不明和危急时刻给驾驶员指示车门的具体位置，从而减小安全隐患；本发明能够根据具体的车况来对弹簧进行调节，以改变车门外壳体的高度和刚度，降低事故风险；本发明还通过调控空气弹簧的进气流量和配比来调节汽车刚度，防止车辆侧翻，同时能够回正汽车。
附图说明
图1为本发明的弹性缓冲车门装置的结构图。
图2为本发明的弹性缓冲车门装置的侧视图。
图3为本发明的弹性缓冲车门装置的控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-2所示，本发明提供了一种弹性缓冲车门装置，包括车门壳体，车门壳体包括车门外壳体110和车门内壳体120，车门外壳体110与车门内壳体120之间通过弹簧组连接，构成车门壳体，且车门外壳体110可在弹簧组的作用下实现与车门内壳体120的距离可调节。在车门内壳体120的外侧设置有多个气道121，并且气道121设置在支撑环111旁。在汽车的底盘上安装有空气压缩机，空气压缩机的输出口与气道121连通，可以通过空气压缩机的工作状况来控制气道121处空气的流进和流出。
在车门外壳体110的内侧和车门内壳体120的外侧相对位置分别设置有多对支撑环111，用于连接弹簧组。弹簧组包括多个螺旋弹簧220和多个空气弹簧210，螺旋弹簧220与空气弹簧210平行且间隔交替设置。螺旋弹簧220与空气弹簧210的两端分别固连在车门外壳体110的内侧和车门内壳体120的外侧的支撑环上。
空气弹簧210的包括主气室211、上气室212、下气室213和气阀控制器214。上气室212、下气室213分别设置在主气室211的上下方，主气室211的一端固定在车门外壳体110内的支撑环111上。气阀控制器214的一端连通气道121，另一端设置有三个支气管，三个支气管分别连通主气室211的另一端以及上气室212和下气室213的一端，且气阀控制器214用来调控主气室211、上气室212、下气室213的气体进出量和分配量。主气室211、上气室212和下气室213均采用橡胶材料制成，具有良好的弹性。设置左下气室的目的是保证空气弹簧的刚度变化效率，但是又不减小总体刚度，所以设置三个气室，这样小气室刚度调节较快，总体刚度与单气室相比影响不大。
在气道121和气阀控制器214之间设置有并联的进气电磁阀215和排气电磁阀216，气道121和气阀控制器214之间通过进气电磁阀215和排气电磁阀216连通，并且控制空气的流动方向。
在空气弹簧210的外侧壁上设置有固定卡钳217，固定卡钳217可以固定锁住空气弹簧210旁的螺旋弹簧220。在智能弹性缓冲车门装置未工作时，对螺旋弹簧220进行固定和弹力束缚，防止螺旋弹簧220弹力对车门壳体结构造成应力形变。
本发明提供了一种弹性缓冲车门装置的控制方法，具体包括：
实时检测汽车与最近障碍物(最近的汽车或固定物)的相对距离S、相对速度ΔV，以及汽车两侧与地面的最小夹角θ；
当S≤30且ΔV≥25km/h或θ≤80时，判断汽车行驶可能出现撞车或侧翻等危险，启动螺旋弹簧，并向空气弹簧内充气，改变车门外壳体高度，为汽车提供更多的安全空间或是防止车辆侧翻。
由于汽车可能发生事故，则需要相空气弹簧内充气。而且充气量会直接影响空气弹簧的强度和弹开距离。本发明中通过控制空气压缩机的流量来控制向空气弹簧内充气的充气速率，并且根据检测到的与汽车最近障碍物(最近的汽车或固定物)的相对距离S、相对速度ΔV，以及汽车两侧与地面的最小夹角θ来控制空气压缩机的流量的数值满足：
其中，λ是修正系数，取值为0.51，C是空气气囊的容积，单位m3；ρ是空气密度，取值1.185kg/m3；d0是气道直径，单位是cm；V是汽车车速，单位是kg/h；g是重力加速度，取值为9.98kg/m3。
由于汽车的偏向倾斜可能向左或者向右，此时三个气室的流量分配将会影响空气弹簧的强度，为保证空气弹簧的刚度变化效率，但是又不减小总体刚度，因此可以通过气阀控制器控制其从气道进入后经由三个支气管流入三个气室的流量分流情况。
当汽车向左倾斜时，气阀控制器控制分别进入上气室、中气室和下气室的流量分配比满足：
当汽车向右倾斜时，气阀控制器控制分别进入上气室、中气室和下气室的流量分配比满足：
当汽车不倾斜时，则控制进入上气室、中气室和下气室的流量相同。
如图3所示，本发明中汽车内部设置有控制模块，控制模块电连信息采集模块，并连接控制空气压缩机、进气电磁阀215、排气电磁阀216、气阀控制器214的工作状态。信息采集模块包括设置在汽车车身处的毫米波雷达、角度传感器和车身的光敏传感器。毫米波雷达用于采集在本车行驶过程中，目标车辆的距本车的距离、速度、相对角度；角度传感器用于测量汽车两侧与地面夹角；光敏传感器当前周围环境的光照信息，并发送给控制模块用以确定当前光照环境是否需要开启LED光带警示灯(红色表示减速，绿色表示通行)提醒来往车辆。
在实时检测过程中，当S≥50时，控制LED光带绿灯闪烁；当S＜50时，LED光带红灯闪烁，警示灯提醒来往车辆。
控制模块电连接信息采集模块和弹簧车门缩放模块(空气压缩机、进气电磁阀215、排气电磁阀216、气阀控制器214)，用于接收并分析信息采集模块发送的信息，根据分析结果控制弹簧车门缩放模块，在确定驶来车辆的速度达到预设速度上限或车辆的位置达到预设位移下限时，控制压缩气体进出空气弹簧(并调控主气室211、上气室212和下气室213内气体量)，以此调控弹簧车门缩放模块车门壳体中车门外壳体的高度、刚度和相对地面角度，以达到预期安全防护功效。
毫米波雷达在进行信息采集时，汽车前方障碍物包括行驶的车辆以及固定物。调频连续波通过压控振荡器产生的锯齿波传输到混频器和由发射天线发出到最近的目标车辆(或目标障碍物)，经目标车辆发射的波由接收天线接收传输到混频器，经由混频器的发射声波和接收声波通过带通滤波器(BPF)获得中频信号传输DSP信号处理，发射波形和接受波形存在频差ΔF，而频差ΔF与其时差Td存在着一定的线性关系，通过计算雷达波的飞行时间Td，乘以光速c再除以2便可得到目标车辆或目标障碍物距离本车辆的距离S＝CTd/2。根据多普勒效应，通过计算返回接收天线的频率变化就可以得到目标车辆相对于车载雷达的运动速度，即为相对速度正比于频率变化量。
在另一实施例中，当测得汽车与最近车辆相对距离S＝20m、相对速度ΔV＝50km/h，汽车车速V＝40km/h以及汽车两侧与地面的最小夹角θ＝70度时，启动螺旋弹簧和空气弹簧，控制空气压缩机的流量的数值满足：
其中，λ是修正系数，取值为0.51，C是空气气囊的容积，取值1.2m3；ρ是空气密度，取值1.185kg/m3；d0是气道直径，单位是cm；V是汽车车速，单位是kg/h；g是重力加速度，取值为9.98kg/m3，由此可以计算出控制空气压缩机的流量为0.77m3/s。
此时汽车向左倾斜，则气阀控制器控制分别进入上气室、中气室和下气室的流量分配比满足：
在另一实施例中，当检测到两侧有目标车辆成一定角度(30-150度)(不是平行驶过)靠近本车辆，且行驶速度通过制动距离公式，不能进行有效制动时，便对本车进行制动准备，并启动弹簧。当距离小于30m，目标车辆速度大于25m/s，相对角度(30－150)，随着两车距离减小，空气弹簧充气速率增加，防侧翻和回正。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种弹性缓冲车门装置，其特征在于，包括：
车门壳体，其包括车门外壳体和车门内壳体，所述车门内壳体外侧设置有多个气道；
空气压缩机，其设置在汽车底盘，并且其输出口与所述气道连通；
多个螺旋弹簧，其两端分别固连所述车门外壳体的内侧和所述车门内壳体的外侧；
多个空气弹簧，其一端固连所述车门外壳体内侧，另一端固连所述车门内壳体外侧；所述空气弹簧与所述螺旋弹簧平行设置；
所述空气弹簧还包括：
主气室，其一端固连所述车门外壳体；
上气室，其设置在所述主气室上方；
下气室，其设置在所述主气室下方；
气阀控制器，其一端连通所述气道，另一端连通所述主气室另一端以及所述上气室和所述下气室的一端；并且所述气阀控制器能够控制所述主气室、下气室、上气室的气体进出量。
2.根据权利要求1所述的弹性缓冲车门装置，其特征在于，还包括：
进气电磁阀，其连通所述气道与所述气阀控制器；
排气电磁阀，其连通所述气道与所述气阀控制器。
3.根据权利要求2所述的弹性缓冲车门装置，其特征在于，
所述车门外壳体内侧和所述车门内壳体外侧设置有多对支撑环；
所述支撑环固连所述螺旋弹簧和所述空气弹簧。
4.根据权利要求1所述的弹性缓冲车门装置，其特征在于，还包括：
固定卡钳，其设置在所述空气弹簧外侧。
5.根据权利要求4所述的弹性缓冲车门装置，其特征在于，
所述螺旋弹簧与所述空气弹簧间隔交替设置。
6.根据权利要求3所述的弹性缓冲车门装置，其特征在于，还包括：
雷达，其设置在汽车车身处；
光敏传感器，其设置在汽车车身；
LED光带，其设置在汽车车身；
角度传感器，其设置在汽车车身，用于测量车身两侧与地面夹角；
控制模块，其设置在汽车内，连接所述雷达、所述光敏传感器、所述LED光带、所述气阀控制器、所述进气电磁阀、所述排气电磁阀、所述空气压缩机，所述角度传感器。
7.一种弹性缓冲车门装置的控制方法，其特征在于，包括：
实时检测汽车与最近障碍物的相对距离S、相对速度ΔV，以及汽车两侧与地面的最小夹角θ；
当S≤30且ΔV≥25km/h或θ≤80时，启动螺旋弹簧，并向空气弹簧内充气。
8.根据权利要求7所述的弹性缓冲车门装置的控制方法，其特征在于，通过控制空气压缩机的流量来控制向空气弹簧内充气的充气流量，空气压缩机的流量满足：
其中，λ是修正系数，C是空气气囊的容积，ρ是空气密度，取值1.185kg/m3，d0是气道直径，V是汽车车速，g是重力加速度。
9.根据权利要求8所述的弹性缓冲车门装置的控制方法，其特征在于，
当汽车向左倾斜时，气阀控制器控制分别进入上气室、中气室和下气室的流量分配比满足：
当汽车向右倾斜时，气阀控制器控制分别进入上气室、中气室和下气室的流量分配比满足：
10.根据权利要求9所述的弹性缓冲车门装置的控制方法，其特征在于，还包括：
当S≥50时，LED光带绿灯闪烁；
当S＜50时，LED光带红灯闪烁。
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